Стохастический вольтметр (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК H03M1/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к цифровым приборам для измерения интенсивности детермированных и случайных сигналов, в том числе среднеквадра- тического и среднего абсолютного значений переменного напряжения, а также среднего значения постоянного напряжения обеих полярностей, и может быть использовано в технике связи, в производствeiiHfeix испытаниях различных радиоэлектронных приборов и систем, а также в процессе научных исследований.

Целью изобретения является повыше ние точности измерения.

На фиг. приведена структурная схема устройства по первому варианту на фиг.2 и 3 - блок кодо-аналогового преобразования устройства по первому варианту; на фиг.4 - структурная схе ма устройства по второму варианту; на фиг.5 и 6 - блок кодо-аналогового преобразования устройства по второму варианту.

Устройство по первому варианту (фиг.1) содержит аналоговьш компаратор 1, один вход которого соединен с входом устройства, генератор 2 псевдослучайных чисел (ГГИ), выход которого соединен через блок 3 кодо- аналогового преобразования (БКАЛ) с другим входом аналогового компаратора 1, выход которого соединен с первым входом элемента А ИСКЛОЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом блока 5 цифровой обработки (БЦО), второй вход которого соединен с выходом ГПЧ 2, а выход - с выходом устройства, дополнительный выход ГПЧ 2 соединен с вторым входом БКАП 3 и вторым входом элемента 4 ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ.

Блок 3 кодо-аналогового преобразования может быть выполнен на циф- роанапоговом преобразователе 6, аналоговом инверторе 7 и электронном,не реключателе 8, причем выход цифро- аналогового преобразователя 6 соединен с первым вьгоодом электронного nf-реключателя 8 и с входом аналогового инвертора 7, выход которого подключен к второму выводу электронного переключателя 8, первый вход блока 3 кодо-аналогового преобразование подключен к входу цифроанацо- гового переключателя 8 и второй вход - к управляющему входу элект- |рнного переключателя 8 (фиг.2).

10

15

480652

Блок 3 кодо-анапогового преобразования может также быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе 6, электронном переключателе 8, причем вход опорного напряжения цифро- аналогового преобразователя 6 подключен к переключающему выводу электронного переключателя 8, первый и второй выводы которого подключены к клеммам опорного напряжения с положительной и отрицательной полярностью соответственно, первый вход и выход блока 3 кодо-аналогового преобразования подключены соответственно к входу и выходу цифроанало- гового преобразователя 6, а второй вход - к управляющему входу электронного переключателя 8 (фиг.З). Устройство по второму варианту

2Q дополнительно содержит руппу 9 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом генератора 2 псевдослучайных чисел и вторые входы - с дополнительным вы25 ходом генератора 2 псевдослучайных чисел, и выходы которых подключены к первому входу блока 5 цифровой обработки (фиг.4).

При таком исполнении стохастического вольтметра блок 3 кодо-аналогового преобразования может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе 6, элементе 10 калиброванного напряжения смещения и электронном переключателе 8, причем выход цифроаналогового преобразователя 6 присоединен к одному выводу электронного переключателя 8 непосредственно и через элемент 1U калиброванного напряжения смещения - к другому выводу электронного переключателя В, переключающий вывод которого подключен к выходу блока 3 кодо-аналогового преобразования, первый вход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя 6 а второй вход - с управляющим входом электронного переключателя 8 (фиг.З).

В блоке 3 кодо-аналогового преобразования к клеммам опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 6 могут быть подключены также источники положительного и отрицательного опорных напряжений соответственно, имеющих одинаковое

55 абсолютное значение, причем оба входа блока 3 кодо-аналоговогопреобразования подключены к входу цифроаналогового преобразователя 6,а выход блока 3

30

35

40

45

50

3

кодо-аналогового преобразования подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 6 (фиг,6).

Стохастический вольтметр работает следующим образом.

Генератор 2 псевдослучайных чисел вырабатывает на входе блока 3 кодо-аналогового преобразования последовательность псевдослучайных чисел . С дополнительного выхода ГПЧ 2 случайный сигнал поступает на второй вход БКАП 3, определяющий знак выходного напряжения БКАП 3. Таким образом аналоговый компаратор 1 сравнивает входное напряженке x(t) с выходным напряжением БКАП 3 q , имеющим псевдослучайную величину и случайный знак. Выходной сигнал компаратора 1 подается через элемент 4 ИСКШОЧАЩЕЕ ИЛИ к второму входу блока 5 цифровой обработки. На другой вход элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подается сигнал с дополнительного выхода ГПЧ 2. В зависимости от этого сигнала, определяющего знак выходного напряжения БКАП 3, выходной сигнал аналогового компаратора 1 поступает на первый вход блока 5 цифровой обработки либо в прямом, либо в инвертированном коде.

Таким образом на втором входе блока 5 цифровой обработки действует следующий логический сигнал:

1, если и x(t) q.

или qoK,60 и x(t) qo.. .

0,если q О и x(t) q,, или О и x(t) q

Этот сигнал можно записать и в следующем виде:

1,если /x(t)/ /qofc/ О, если /x(t)/ /Яо /

Если сигнал q равномерно распределен в интервале -хо; о1 роятность появления на первом входе блока 5 цифровой обработки логической единицы равна отношению /x(tY/x,

Для измерения среднего абсолютного значения входного сигнала можно просто считывать эти единицы и масштабировать результат. Но для умень- щения погрешности целесообразно суммировать при каждом такте работы значений

§,,;+- х , если /x(t)/ q (1}

Ч-§.-2 ,

если /x(t)/ : q

480654

Для определения среднеквадратичес- кого значения- сигнала кода необходимо сумми{)овать при каждом испытании5 , , если /x(t)/ /qoK/ (2)

г 1

О, если /x(t)/ /

и извлечь квадратный корень и масштабировать результат.

Величина, необходимая дпя вычисления результата, поступает на первый вход блока 5 цифровой обработки, выход которого является выходом устройства.

Получение на выходе БКАП 3 сигнала другой полярности можно осуществить с помощью аналогового инвертора 7 на выходе ЦАП 6 и электронного переключателя 8 (фиг.2).

Инвертирование полярности выходного напряжения БКАП 3 можно осуществить и за счет изменения знака опорного напряжения ЦАП 6 с помощью электронного переключателя J, который управляется с дополнительного выхо-. да ГПЧ 2 (фиг.З).

На выходе БКАП 3 также можно получить псевдослучайный сигнал обеих полярностей, если вместо инвертиро- вания выходного напряжения ЦАП 6 применять смещение выходного напряжения ЦАП 6 с отрицательным знаком (относительно самого выходного напряжения ЦАП 6) .

Для достижения соответствия между выходным напряжением БКАП 3 и кодом, поступающим на первый вход блока 5 цифровой обработки, этот код должен быть инвертирован при другой (отрицательной) полярности. Для этого применяется дополнительная группа элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, включенных между выходом ГПЧ 2 и первым входом блока 5 цифровой обработки. Вторые входы этих элементов подключаются к дополнительному выходу ГПЧ 2, определяющему знак выходного напряжения БКАП 3 (фиг.4).

Для получения другой полярности выходного напряжения можно применять на выходе ЦАП 6 элемент 10 калибро- ванного напряжения смещения и электронный переключатель 8, подключающий на выход БКАП 3 выходное напря- женке ЦАП 6 непосредственно или со смещением в зависимости от сигнала на дополнительном выходе ГПЧ 2 (фиг.З). Смещение, вносимое элементом калиброванного напряжения смещения, следует выбирать равным полному диапазону изменения выходного напряжения ЦАП 6, и знак этого смещения должен быть противоположным по отношению к выходному напряжению ЦАП 6.

Необходимое смещение выходного напряжения можно получить и при пода че на клеммы опорного напряжения ЦАП 6, служащего в качестве БКАП 3, напряжений, которые равны по абсолютной величине, но различны по знаку. Тогда дополнительньш выход ГПЧ 2 под ключается прямо к одному (старшему) разряду ЦАП 6(фиг.6).

Предлагаемый стохастический вольтметр выгодно отличается от известных аналогичных устройств применением только одног.о аналогового канала с одним аналоговым компаратором, обеспечивающим существенное повышение -точности измерения, а также упрощение устройства.

Формула изобретения

1.Стохастический вольтметр, содержащий аналоговый компаратор, пер- вьм вход которого подключен к входу устройства, генератор псевдослучай- ных чисел, присоединенный выходом к одному входу блока цифровой обработки и через блок кодо-аналогового преобразования к второму входу аналогового компаратора, выход блока цифровой, обработки соединен с выходом устройства, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности в него введен элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, а генератор псевдослучайных чисел снабжен дополнительным выходом, причем один вход элемента ИСКЛЮЧАНЩЕ ИЛИ соединен с выходом аналогового компаратора, другой вход - с дополнительным выходом генератора псевдослучайных чисел и с вторым входом блока кодо-аналогового преобразования, а вых;од - с другим входом блока цифровой обработки.

2.Вольтметр по п.1, .о т л и - чающийся тем, что блок кодо- аналогового преобразования содержит цифроаналоговый преобразователь, аналоговый инвертор и электронный переключатель, причем выход цифро- аналогового преобразователя соединен с первым выводом электро нного

Q

Q 5

5

0

5

переключателя и с входом аналогового инвертора, выход которого подключен к второму выводу электронного переключателя, перв ый вход блока кодо-аналогового преобразования подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход - к переключающему выводу электронного переключателя и второй вход - к управляющему входу электронного переключателя.

3, Вольтметр по п.1, отличающийся тем, что блок кодо- аналогового преобразования содержит цифроаналоговый преобразователь и электронный переключатель, причем вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя подключен к переключающему выводу электронного переключателя, первый и второй выводы которого подключены к клеммам опорного напряжения с положительной и отрицательной полярностью соответственно, первый вход и выход блока кодо-аналогового преобразования подключены к входу и выходу цифро- аналогового преобразователя соответственно, а второй вход - к управляющему входу электронного переключателя .

4. Стохастический вольтметр, содержащий аналоговый компаратор, первый вход которого подключен к входу устройства, генератор псевдослучайных чисел, присоединенный выходом через блок кодо-аналогового преобразования к второму входу аналогового компаратора, причем выход блока цифровой обработки соединен с выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группа элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, блок кодо-аналогового преобразования и генератор псевдослучайных чисел снабжены дополнительным выходом, причем один вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом аналогового компаратора, другой вход - с первыми входами группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с вторым вхо- .дом блока кодо-аналогового преобразования и с дополнительным выходом генератора псевдослучайных чисел, а выход - с одним входом блока цифровой обработки, вторые входы группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом генератора псевдослучайных

71

чисел, а их выходы - с другим входом блока цифровой обработки,

3. Вольтметр по п.А, отличающий с я тем, что блок кодо-ана- логового преобразования содержит-циф роаналоговый преобразователь, элемент калиброванного напряжения смещения и электронный переключатель, причем выход цифроаналогового преобразователя присоединен к одному выводу электронного переключателя непосредственно и через элемент калиброванного напряжения смещения к другому выводу электронного переключателя, переключающий вывод которого подключен к выходу блока кодо-анало- гового преобразования, первый вход Которого соединен с входом цифроана48065

логового преобразователя, а второй вход - с управляющим входом электронного переключателя.

6. Вольтметр по п,4, о т л и 5 чающийся тем, что в блоке кодо-аналогового преобразования к клеммам опорного напряжения цифро- аналогового преобразователя подключены источники положительного и от10 рицательного напряжений соответственно, имеющих одинаковое абсолютное значение, причем оба входа блока кодо-аналогового преобразования подключены к входу цифроанаf5 логового преобразователя, а выход блока кодо-аналогового преобразования подключен к выходу цифроаналогового преобразователя.

Фиг.2

фиг. 3

фае.

Редактор М.Бандура

Составитель В,Быков Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4141/58Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4

фиг.5

Изобретение относится к измерительной технике для измерения интенсивности детермировакных и случайных сигналов. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит аналоговый компаратор 1, блок 3 кодо-аналогового преобразования и блок 5 цифровой обработки. Введение генератора 2 псевдослучайг ных чисел, элемента ИСКЛЮЧАКЙЦЕЕ ИЛИ А позволяет применять только один аналоговый канал с одним аналоговым компаратором. Б описании рассмотрен вариант выполнения стохастического вольтметра, в который дополнительно введена группа элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ. При таком исполнении блок 3 ко- до-ан апогового преобразования может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе. 2 с. и 4 з.п. ф-лы. 6 ил. $ (Л : 00 о 05 ел ipus.r фиг .ff